電子與信息工程畢業(yè)論文音頻功率放大器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　音頻功率放大器的設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電子與信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p

2、><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　一直以來(lái)，電信技術(shù)都主宰著整個(gè)電器業(yè)的發(fā)展，伴隨電子技術(shù)不斷的發(fā)展與進(jìn)步，功率放大器在設(shè)計(jì)與功能方面也

3、一直在不斷的創(chuàng)新。功率放大器也廣泛應(yīng)用在在數(shù)碼產(chǎn)品、家電當(dāng)中，與我們?nèi)粘Ｉ铌P(guān)系密切。音頻功率放大器作為音響等許多電子設(shè)備的放大電路，它主要的作用是把前級(jí)的音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大來(lái)推動(dòng)負(fù)載工作，以便能得到良好的聲音效果。在功率放大器中，放大電路的效率是一個(gè)值得關(guān)注的參數(shù)。甲類(lèi)（A類(lèi)）功率放大器的效率最低，甲乙（AB類(lèi)）類(lèi)功率放大器的理想效率可達(dá)到78%，但實(shí)際電路不可能超過(guò)50%，效率還是不夠高，因此，D類(lèi)功率放大器就應(yīng)運(yùn)而生。</

4、p><p>　　與傳統(tǒng)音頻功率放大器（A類(lèi)、B類(lèi)、AB類(lèi)）相比，基于開(kāi)關(guān)模式的D類(lèi)音頻功率放大器有高效率、低失真、低功耗、小尺寸等優(yōu)勢(shì)，在這個(gè)節(jié)約能源的世界里，D類(lèi)音頻功率放大器的市場(chǎng)肯定會(huì)越來(lái)越大，以其優(yōu)勢(shì)將會(huì)在便攜式和大功率音頻領(lǐng)域中具有廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　基于設(shè)計(jì)要求，本文介紹了一種D類(lèi)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)。基于D類(lèi)音頻功率放大器的原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別進(jìn)行了鋸齒波產(chǎn)生電

5、路、PWM調(diào)制電路、信號(hào)放大電路和低通濾波電路等的設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了符合設(shè)計(jì)要求的直流穩(wěn)壓電源。并有效地把各部分進(jìn)行結(jié)合，最后繪制了總原理圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：D類(lèi)音頻功率放大器；三角波；PWM比較器；直流穩(wěn)壓電源</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　All along, the dev

6、elopment of the entire electrical appliance industry is dominated by telecom technology ,along with the development and progress of electronic technology, the design and the function of power amplifiers has also been in

7、constant innovation. PA is widely used in digital products, household appliances, it has very close relationships to our daily lives. Audio power amplifier is used in many electronic devices amplifier circuit such as aud

8、io amplifier, its main role is to amplify </p><p>　　Compraed With traditional audio power amplifier (class A, class B, class AB), the audio power amplifier of class D based on the switch mode has the merits

9、of high efficiency, low distortion, low power consumption, small size etc, In the world of energy conservation, the market of D audio power amplifier must be larger and larger, with its advantages will be in the field of

10、 portable audio and high-power and has broad prospects for development.</p><p>　　According to the requirements of the design, the thesis introced the design of a type of class D audio power amplifier. Accord

11、ing to the working principle and the structural characteristics of D class audio power amplifier, the thesis design sawtooth wave generating circuit, PWM modulation circuit, signal amplifier circuit and low pass filter c

12、ircuit. On this basis, the direct current and stabilivolt power source which accords with the requirements of the thesis is designed. Finally the circuit </p><p>　　Keywords: Class D audio power amplifier; Tr

13、iangle wave; PWM comparator; DC Power Source</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1各類(lèi)功率放大器的簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.2 D類(lèi)功率放大器2</p&g

14、t;<p>　　第2章 D類(lèi)音頻功率放大器的原理3</p><p>　　2.1 鋸齒波發(fā)生電路3</p><p>　　2.2脈寬調(diào)制電路3</p><p>　　2.3脈沖功率放大電路4</p><p>　　2.4低通濾波電路5</p><p>　　第3章 D類(lèi)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)6</p

15、><p>　　3.1 脈沖功率放大電路的設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.2 輸出濾波電路8</p><p>　　3.3 PWM調(diào)制電路9</p><p>　　3.4 音頻前置放大電路17</p><p>　　3.5 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.6 總原理圖20<

16、/p><p><b>　　結(jié)論22</b></p><p><b>　　致謝23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1各類(lèi)功率放大器

17、的簡(jiǎn)介</p><p>　　音頻功率放大器設(shè)計(jì)與制作的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，很多年來(lái)，人們一直為它的發(fā)展而不懈的努力，現(xiàn)在無(wú)論從線(xiàn)路技術(shù)方面還是原器件方面，甚至從思想和認(rèn)識(shí)上都取得了重大進(jìn)步。隨著半導(dǎo)體和微電子制造技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，高速、大功率器件已越來(lái)越多，各種電子產(chǎn)品正在朝微薄化、便攜式快速發(fā)展，人們對(duì)音頻功率放大器的要求更是越來(lái)越高。既要高效、節(jié)能，又要小型化。移動(dòng)音頻設(shè)備因?yàn)槭艿诫姵厝萘?、散熱、體積等的限制，所

18、以就必須要使音頻功率放大器更加高效、更加節(jié)能、發(fā)熱少、體積小，還要便于集成。在所有功率較大的放大器中，效率都是一個(gè)極為關(guān)鍵的參數(shù)。A類(lèi)功率放大器的效率最低， AB類(lèi)功率放大器的理想效率可達(dá)到78%，但實(shí)際電路不可能超過(guò)50%，效率依然不夠高，因此，需要對(duì)使用的放大器提高效率。提高效率即是要減少功率器件自身的功率損耗。器件的功率損耗為P=UI。如果加電壓U時(shí)把電流I減至最小，或者通電流I時(shí)將電壓U降至最低，則P就可以降低。在這種使用需求越

19、來(lái)越高的情況下D類(lèi)功率放大器就應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　1.1.1 A類(lèi)功放</p><p>　　A類(lèi)功率放大器的輸出級(jí)中兩組晶體管一直處在導(dǎo)電的狀態(tài)，即不管有沒(méi)有訊號(hào)輸入它們都會(huì)保持通電，并且能讓這兩個(gè)電流等同于交流電峰值，此時(shí)交流電會(huì)在信號(hào)最大情況下流入負(fù)載[5]。當(dāng)沒(méi)有信號(hào)時(shí)，兩個(gè)晶體管會(huì)流通等量的電流，所以會(huì)使輸出中心點(diǎn)上無(wú)不平衡的電流或電壓，因此就沒(méi)有電流輸入揚(yáng)聲器。當(dāng)信

20、號(hào)趨向正極，上方的輸出晶體管會(huì)流入較多電流，下方的輸出晶體管會(huì)流入相對(duì)較少的電流。由于開(kāi)始時(shí)的電流不是平衡狀態(tài)，于是流入揚(yáng)聲器后會(huì)促使揚(yáng)聲器發(fā)聲。A類(lèi)功放的工作方式能達(dá)到最佳的線(xiàn)性狀態(tài)，每個(gè)輸出晶體管都會(huì)完全放大訊號(hào)全波，完全不會(huì)失真，即便是不使用負(fù)反饋，它的失真仍然會(huì)非常低，因此A類(lèi)功放被稱(chēng)為音頻最為理想的放大線(xiàn)路設(shè)計(jì)方式。但這種設(shè)計(jì)也有不足之處，A類(lèi)功放最大的缺點(diǎn)就是效率低，原因是無(wú)訊號(hào)時(shí)仍有滿(mǎn)電流流入，此時(shí)電能會(huì)轉(zhuǎn)為高熱量。當(dāng)信號(hào)

21、增加時(shí)，有一部分功率會(huì)進(jìn)入負(fù)載，但仍會(huì)有許多轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃俊?lt;/p><p>　　A類(lèi)功放最適合用于播放音樂(lè)，因?yàn)樗芴峁┓浅Ｈ崦赖囊糍|(zhì)，不僅音色飽滿(mǎn)而且高音透徹，這些優(yōu)點(diǎn)可以彌補(bǔ)它的缺點(diǎn)。A類(lèi)功率功放發(fā)熱量很大，為了能有效處理散熱的問(wèn)題，必須在使用時(shí)采用大型散熱器。由于它的效率低，供電器一定要能提供足夠的電流。一部50W的A類(lèi)功放供電器的供電量至少夠200瓦AB類(lèi)功放使用。所以A類(lèi)功放的體積和重量均比AB類(lèi)大，這使

22、得A類(lèi)功放制造成本加大，售價(jià)高昂。一般來(lái)說(shuō)，A類(lèi)功放的售價(jià)是功率相等的AB類(lèi)功放的兩倍。</p><p>　　1.1.2 B類(lèi)功放</p><p>　　B類(lèi)功放的工作方式是當(dāng)沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)，輸出晶體管不導(dǎo)電，不消耗功率。當(dāng)有信號(hào)時(shí)，每對(duì)輸出管各自放大一半的波形，一開(kāi)一關(guān)輪流工作完成一個(gè)完整波的放大，在兩個(gè)晶體管輪換工作時(shí)會(huì)發(fā)生交越失真，形成非線(xiàn)性。由于B類(lèi)功放在信號(hào)很低時(shí)失真非常嚴(yán)重，會(huì)

23、使使聲音變得很粗糙，所以很少單獨(dú)使用B類(lèi)功放。B類(lèi)功放的平均效率約為75%，產(chǎn)生的熱量比A類(lèi)功放低，允許使用較小的散熱器。</p><p>　　1.1.3 AB類(lèi)功放</p><p>　　與前兩類(lèi)功放相比，AB類(lèi)功在性能上得以綜合。通常情況AB類(lèi)功放有兩個(gè)偏壓，在沒(méi)有信號(hào)時(shí)也有少量電流通過(guò)晶體管。在訊號(hào)小時(shí)使用A類(lèi)工作模式，以便得到最佳線(xiàn)性狀態(tài)。當(dāng)信號(hào)提高到某一水平時(shí)便會(huì)跳轉(zhuǎn)成B類(lèi)工作模

24、式以便獲得較高效率。AB類(lèi)功放在大部分時(shí)間是在A類(lèi)功放模式下工作，只有出現(xiàn)音頻瞬間增強(qiáng)時(shí)才會(huì)轉(zhuǎn)為B類(lèi)。此設(shè)計(jì)可以在得到較好的音質(zhì)時(shí)提高效率并減少發(fā)熱，是一種很理想的設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.1.4 C類(lèi)功放</p><p>　　此類(lèi)功放較少使用，因?yàn)樗且环N失真很高的功放，只適合在通訊方面使用。</p><p>　　1.2 D類(lèi)功率放大器</p>

25、<p>　　D類(lèi)功放是指D類(lèi)音頻功率放大器。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)單元ON/OFF來(lái)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的放大器稱(chēng)為D類(lèi)放大器[12]。D類(lèi)放大器于1958年被首次提出，近些年逐漸流行。與一般的AB類(lèi)功放電路相比，D類(lèi)功放具有高效、體積小等特點(diǎn)。</p><p>　　在此之前，人們認(rèn)為A類(lèi)功放聲音保真度較高，音質(zhì)也最為清新。所以在音響領(lǐng)域里一直使用A類(lèi)功放。但是，A類(lèi)功放的低效率和高損耗是無(wú)法克服的。B類(lèi)功放雖然比A類(lèi)功

26、放的效率高了不少，但是B類(lèi)功放的實(shí)際效率只有50%左右，在如筆記本電腦音頻系統(tǒng)、汽車(chē)音響系統(tǒng)、和超大功率功放等小型便攜式音響設(shè)備中，它的效率仍然偏低，不能令人滿(mǎn)意。所以，效率極高的D類(lèi)功放開(kāi)始受到了大家的重視。由于集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，原來(lái)很復(fù)雜的調(diào)制電路，現(xiàn)在無(wú)論是在技術(shù)上還是在價(jià)格上都已不是問(wèn)題。而且數(shù)字音響技術(shù)在近幾年的飛速發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)數(shù)字音響與D類(lèi)功放有許多相通之處，進(jìn)一步體現(xiàn)D類(lèi)功放有很大的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。D類(lèi)功放是一種處于開(kāi)關(guān)

27、狀態(tài)放大模式的原件。當(dāng)沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，不耗電。工作時(shí)，輸入信號(hào)使晶體管達(dá)到飽和，此時(shí)晶體管相當(dāng)于一個(gè)連通的開(kāi)關(guān)，把電源和負(fù)載相連通。理想的晶體管是沒(méi)有飽和壓降的，所以不耗電。但在實(shí)際情況中晶體管都會(huì)消耗很少的一部分電能。但是這種消耗只與晶體管的特性有關(guān)，與輸出信號(hào)的大小無(wú)關(guān)，所以非常有利于大功率的功率放大器使用。在理想的情況下，D類(lèi)功放的效率達(dá)到100%，B類(lèi)功放的效率為78.5%，A類(lèi)功</p><p&

28、gt;　　實(shí)際上D類(lèi)功放早期被用于繼電器和電機(jī)等的開(kāi)關(guān)控制電路中。因?yàn)镈類(lèi)功放只有開(kāi)關(guān)功能，然而，隨著數(shù)字音頻技術(shù)研究的深入，開(kāi)關(guān)功能逐漸被廣泛應(yīng)用于Hi-Fi音頻放大。20世紀(jì)60年代，人們開(kāi)始研究D類(lèi)功放在音頻放大方面的應(yīng)用，在70年代Bose公司就能夠生產(chǎn)出D類(lèi)汽車(chē)功放。一方面狹小的空間使其不能放入大散熱板結(jié)構(gòu)的功放，另一方面汽車(chē)使用的蓄電池供電需要很高的效率，這兩點(diǎn)限制使其不得不使用類(lèi)似D類(lèi)功放這樣高效的放大器。這其中最為關(guān)鍵的

29、一步就是對(duì)音頻信號(hào)的調(diào)制。</p><p>　　作為一種新型的高效率放大器，目前已有多種型號(hào)的專(zhuān)用D類(lèi)功率放大集成電路推出。如TDA7480、TDA7481、TDA7482、MAX9714、MAX9712（配耳機(jī)用）等。此類(lèi)電路將脈寬調(diào)制電路（PWM）和功率放大電路集成在一起，只需外接低通濾波電路即可。此類(lèi)電路具有輸出功率大，電路簡(jiǎn)單等，特別適合于大屏幕彩電的輸出、車(chē)載立體聲系統(tǒng)、多媒體電腦功放、音響系統(tǒng)中的重低

30、音輸出等。</p><p>　　采用集成D類(lèi)功率放大器外，也可以采用全分立器件組合而成，電路由鋸齒波發(fā)生器、脈寬調(diào)制電路，脈沖功率放大電路、低通濾波電路四部分組成。</p><p>　　第2章 D類(lèi)音頻功率放大器的原理</p><p>　　在大功率放大器中，放大電路的效率是最值得關(guān)注的參數(shù)之一。甲類(lèi)（A類(lèi)）功放的效率最低，甲乙（AB類(lèi)）類(lèi)功放的理想效率可達(dá)78%，但

31、是實(shí)際電路不會(huì)超過(guò)50%，效率依然不夠高，因此，D類(lèi)功放應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　如圖2.1所示，基本的D類(lèi)功放是由鋸齒波發(fā)聲器，脈寬調(diào)制器，脈沖功率放大器以及低通濾波器構(gòu)成。D類(lèi)功率放大器就是把音頻信號(hào)轉(zhuǎn)為脈寬變化的形式，由脈沖放大器放大輸出，再通過(guò)低通濾波電路還原為音頻信號(hào)。</p><p>　　圖2.1 D類(lèi)音頻功率放大器組成框圖</p><p>　　2

32、.1 鋸齒波發(fā)生電路</p><p>　　鋸齒波和正弦波、方波、三角波是常用的基本測(cè)試信號(hào)。</p><p>　　圖2.2 鋸齒波產(chǎn)生電路</p><p>　　設(shè)t=0時(shí)接通電源，有2點(diǎn)電壓等于Dz處負(fù)電壓，則Dz處負(fù)電壓經(jīng)過(guò)R4向C1充電，使輸出電壓按線(xiàn)性規(guī)律增長(zhǎng)。當(dāng)2點(diǎn)電壓上升到門(mén)限電壓VT+使3點(diǎn)電壓等于4點(diǎn)電壓等于0時(shí)，比較器輸出2電電壓由負(fù)跳向正，同時(shí)門(mén)限

33、電壓下調(diào)到VT-值。以后2電電壓等于DZ處正電壓經(jīng)過(guò)R4和D1、R5兩條支路向C1反相充電，由于時(shí)間常數(shù)減小，V0迅速小降到負(fù)值。當(dāng)V0下降到門(mén)限電壓VT-使3電電壓等于4點(diǎn)電壓等于0時(shí)，比較器輸出2點(diǎn)電壓又由正值下跳到負(fù)值。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。由于電容C1的正向與反向充電時(shí)間常數(shù)不相等，輸出波形V0為鋸齒波電壓，2點(diǎn)電壓為矩形波電壓。</p><p><b>　　2.2脈寬調(diào)制電路</b&g

34、t;</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，器件的功率損耗為P=UI。提高效率就是減少功率器件自身的功率損耗。若要讓P降低，可以在加電壓U時(shí)把電流I減至最小，或是通電流I時(shí)把電壓U降到最低。</p><p>　　正如脈沖放大器在開(kāi)關(guān)狀態(tài)工作時(shí)，電路本身的損耗只是三極管或者場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)飽和壓降引起損耗和元件開(kāi)關(guān)的損耗，組件的適當(dāng)選擇，總損失可能變得更小，因此，該電路的效率更高。</p>

35、<p>　　這類(lèi)放大電路的實(shí)際是是在非線(xiàn)性狀態(tài)下工作。為實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性信號(hào)傳輸，采用PWM技術(shù)，即音頻信號(hào)的幅度大小體現(xiàn)在脈沖信號(hào)的寬度中。脈沖寬度小就是音頻信號(hào)幅度小；脈沖寬度大就表示音頻信號(hào)幅度低。對(duì)正弦信號(hào)的負(fù)載進(jìn)行調(diào)制，稱(chēng)為SPWM調(diào)制。調(diào)制以后的脈沖寬度體現(xiàn)正弦規(guī)律變化，如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 SPWM波形圖</p><p>　　這類(lèi)電路的損耗主要

36、是開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗。每一個(gè)開(kāi)關(guān)管在每一個(gè)周期中都要開(kāi)關(guān)動(dòng)作一次，損耗量的大小受器件性能制約。在器件性能確定后，為了進(jìn)一步減少損耗，可以采用SSPWM型調(diào)制方式。所謂SSPWM調(diào)制，是指對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行單邊調(diào)制，其理想的工作波形圖如圖2.2所示。在正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，只有一半的開(kāi)關(guān)元件處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，理論上可以使原功率電路的開(kāi)關(guān)損耗減小一半。</p><p>　　圖2.2 SSPWM波形圖</p>

37、<p>　　2.3脈沖功率放大電路</p><p>　　脈沖功率放大電路一般采用橋式結(jié)構(gòu)。圖2.3所示的是H橋式功率輸出電路，電路的上下左右均對(duì)稱(chēng)，看似英文字母H，其柵極激勵(lì)方式可以簡(jiǎn)單化，在20V以?xún)?nèi)較低的電源電壓下，只要將單邊的兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管柵極連接在一起，共用一個(gè)激勵(lì)信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)上下兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)通與截止的交換。這種激勵(lì)方式歸屬于單邊激勵(lì)方式。</p><p>　　雖然

38、這種直接連接的單邊激勵(lì)方式簡(jiǎn)單，但也存在著無(wú)法留出死區(qū)時(shí)間的弊端，不能用于高速脈沖電路或PWM調(diào)制電路，只能用于比較穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)方式處理，所以需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖 2.3 H橋電路基本模型</p><p><b>　　2.4低通濾波電路</b></p><p>　　在輸出電路中，還需要連接低通濾波電路，以濾除高頻脈沖信號(hào)，保

39、留原來(lái)的音頻信號(hào)輸出，防止開(kāi)關(guān)脈沖影響聲音質(zhì)量。低通濾波電路的階數(shù)越高，濾波效果越好，一般都采用二階以上的濾電路。目前，只有在開(kāi)關(guān)頻率特別高的小功率D類(lèi)功率放大器中，省略了后續(xù)的濾波電路。如圖2.4所示為四階巴特沃斯濾波電路。</p><p>　　圖 2.4 四階巴特沃斯濾波電路</p><p>　　第3章 D類(lèi)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 脈沖

40、功率放大電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　這里的脈沖功率放大電路采用四只場(chǎng)效應(yīng)管為核心，組成對(duì)稱(chēng)橋式輸出電路，如圖3.1和3.2所示。這一結(jié)構(gòu)的電路優(yōu)點(diǎn)是能夠充分利用電源電壓值，其輸出電壓信號(hào)的峰值幾乎等于電源電壓值。這一輸出方式稱(chēng)為平衡輸出。場(chǎng)效應(yīng)管又有輸出大電流的能力，有利于提高輸出功率。</p><p>　　圖3.2所示的是全橋式功率輸出電路（電路左右對(duì)稱(chēng)而上下不對(duì)稱(chēng)），需要4個(gè)獨(dú)立的

41、柵極激勵(lì)脈沖，在PWM調(diào)制中，可以將四個(gè)柵極激勵(lì)信號(hào)分為兩組，兩個(gè)對(duì)角管共用一組激勵(lì)信號(hào)。柵極的激勵(lì)電壓是相對(duì)于源極而施加的，所以上半部場(chǎng)效應(yīng)管柵極的激勵(lì)電位必定要高于電源正極電位，這就要求給上管柵極激勵(lì)電路設(shè)置一組獨(dú)立的工作電源。同時(shí)，需要對(duì)上管柵極的激勵(lì)信號(hào)采取隔離傳送。隔離傳送方式一般采用光電耦合器耦合或者采用脈沖變壓器耦合方式。若采用光電耦合器耦合脈沖信號(hào)，存在電流激勵(lì)能力不足、工作速度不夠快等問(wèn)題，需要強(qiáng)加電流放大，激勵(lì)電路結(jié)

42、構(gòu)顯得復(fù)雜；若采用脈沖變壓器進(jìn)行獨(dú)立耦合，工作速度和激勵(lì)電流比較容易處理，但會(huì)丟失頻率較低的調(diào)制信號(hào)成份，有些場(chǎng)合不適用。</p><p>　　圖3.1全橋電路基本模型 圖 3.2 H橋電路基本模型</p><p>　　圖3.2所示的是H橋式功率輸出電路（電路的上下左右均對(duì)稱(chēng)），由P溝道和N溝道場(chǎng)效應(yīng)管互補(bǔ)組成。其柵極激勵(lì)方式可以簡(jiǎn)單化，在較低的電源電壓下（20

43、V以下），只要將單邊的兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管柵極連接在一起，共用一個(gè)激勵(lì)信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)上下兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)通與截止的交換。這種激勵(lì)方式歸屬于單邊激勵(lì)方式。</p><p>　　單邊激勵(lì)有三種方式：?jiǎn)喂芗?lì)方式，如圖3.3所示；共射互補(bǔ)方式，如圖3.4所示；共集互補(bǔ)方式，如圖3.5所示。單管激勵(lì)時(shí)，因?yàn)橹荒茌敵鲭娏骰蜉斎腚娏鳎}沖的上升沿與下降沿的斜率不能同時(shí)兼顧，總會(huì)有一個(gè)邊沿的變化速率不夠快?；パa(bǔ)方式的激勵(lì)電路同時(shí)具有電

44、流輸出與輸入的能力，使得脈沖的上升沿與下降沿的變化速率都能達(dá)到較快的要求。</p><p>　　這種直接連接的單邊激勵(lì)方式雖然簡(jiǎn)單，但他存在著無(wú)法留出死區(qū)時(shí)間的弊端，不能用于高速脈沖電路或PWM調(diào)制電路，只能用于比較穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)方式處理，如電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)控制。</p><p>　　除單邊激勵(lì)方式外，還有對(duì)角激勵(lì)方式，就是橋式功率電路的對(duì)角二個(gè)功率管進(jìn)行同時(shí)激勵(lì)。對(duì)于全橋式功率輸出電路

45、，需采用4個(gè)獨(dú)立的柵極激勵(lì)脈沖。如圖3.7所示。兩個(gè)對(duì)角功率管柵極的激勵(lì)脈沖完全同相。激勵(lì)電路采用互補(bǔ)共射結(jié)構(gòu)，是為了加快脈沖上升沿和下降沿的變化速度。Va、V1b、V2b三個(gè)激勵(lì)電路的工件電壓，三者相互獨(dú)立。VDD是功率電路的供電電壓。</p><p>　　圖 3.6 全橋功率電路獨(dú)立激勵(lì)方式</p><p>　　對(duì)于H橋功率電路來(lái)說(shuō)，分為對(duì)角聯(lián)合激勵(lì)，以及對(duì)角獨(dú)立激勵(lì)。如圖3.7所示的

46、是Ｈ橋功率電路對(duì)角聯(lián)合激勵(lì)；圖3.8所示的是H橋功率電路獨(dú)立激勵(lì)方式。</p><p>　　圖 3.7 Ｈ橋功率電路對(duì)角聯(lián)合激勵(lì)</p><p>　　D類(lèi)功率放大器的輸出以H橋驅(qū)動(dòng)為宜，這樣在有限的工作電源電壓下，可以獲得最大的輸出功率。所以最終選用H橋功率電路激勵(lì)方式。如圖3.8所示。</p><p>　　圖 3.8 H橋功率電路獨(dú)立激勵(lì)</p>&

47、lt;p>　　3.2 輸出濾波電路</p><p>　　在輸出濾波電路的設(shè)計(jì)中，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，提出兩種方案。一種是采用LC低通濾波電路；另一種為采用四階巴特沃斯濾波電路。</p><p>　　3.2.1 LC低通濾波器</p><p>　　（a） （b）</p><p&

48、gt;　　圖 3.9 LC低通濾波電路</p><p>　　該濾波器起碼有二個(gè)諧振頻率：C1、LS、RS組成的并聯(lián)諧振頻f1，總體的一個(gè)串聯(lián)諧振頻率f2。要使f2存在，必須使C1、LS、RS組成的電路阻抗特性呈現(xiàn)容性。一般將圖（a）等效成圖（b）結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　3.2.2 四階巴特沃斯濾波器</p><p>　　圖3.10 四階巴特沃斯濾波電路

49、</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　，，，</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)于截止頻率為10kHz設(shè)計(jì)。負(fù)載阻抗設(shè)為8Ω，L1=L4=45μH，L2=L3=34μH，C1=C4=3.1μF，C2=C3=0.8μF。其中L1與L4在φ27黃白色鐵粉芯磁環(huán)上繞19匝，實(shí)測(cè)34μH

50、；L2與L3在同樣的鐵粉芯磁環(huán)上繞16匝，實(shí)測(cè)23μH。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用巴特沃斯濾波電路，因?yàn)榈屯V波電路的階數(shù)越高，濾波效果越好，一般都采用二階以上的濾電路。為了更好的得到輸出結(jié)果，確定使用四階巴特沃斯濾波電路。</p><p>　　3.3 PWM調(diào)制電路</p><p>　　把音頻信號(hào)對(duì)一個(gè)具有良好線(xiàn)性的高頻三角波進(jìn)行調(diào)制，就形成了一個(gè)PWM波

51、形。D類(lèi)功放一般都采用異步調(diào)制方式，就是在調(diào)制信號(hào)周期發(fā)生變化時(shí)，高頻載波信號(hào)周期仍然保持不變。這種調(diào)制方式的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)音頻信號(hào)頻率比較低時(shí)，PWM波的載波數(shù)量成數(shù)量級(jí)的增加，這對(duì)一支高頻諧波減少失真非常有利，而且載波的變頻帶遠(yuǎn)離音頻信號(hào)頻率，所以就不存在基波與載波邊頻帶之間互相干擾的問(wèn)題。PWM波經(jīng)過(guò)倒相后驅(qū)動(dòng)H橋式逆變器，脈沖方波使兩個(gè)對(duì)角位的功率管輪流且等間隔的導(dǎo)通與截止。最后在H橋的輸出電壓是等幅但是不等寬的正負(fù)對(duì)稱(chēng)脈沖列，脈沖幅

52、值等于電源電壓。為了得到不失真的音頻信號(hào)，要在H橋的輸出端之間加入低通濾波器以濾除高頻成分，在負(fù)載兩端就能得到功率被放大的音頻信號(hào)。</p><p>　　D類(lèi)功放的主要調(diào)制方式就是PWM調(diào)制技術(shù)。將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成PWM波輸出。在PWM調(diào)制電路設(shè)計(jì)中，對(duì)三角波發(fā)生電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)SPWM調(diào)制電路與SSPWM調(diào)制電路進(jìn)行了方案比較。最后采用SSPWM調(diào)制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>

53、;　　3.3.1 三角波發(fā)生電路</p><p>　　三角波產(chǎn)生電路由二個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)建而成，如圖3.11所示。為了適合單電源工作，用電阻R1、R2和C1給運(yùn)算放大器輸入端設(shè)置了中間值電位。</p><p>　　圖3.11 方波、三角波發(fā)生電路</p><p>　　IC1A輸出三角波，三角波信號(hào)輸出的幅度受R4、R5控制，即R4、R5決定三角波的二個(gè)峰值電位高低。I

54、C1B輸出方波，其幅值不能由運(yùn)算放大器自身精確控制，特別是最高電位會(huì)受電源電壓影響，因此加入穩(wěn)壓二極管D2，以恒定方波的最高電位?？紤]工作電壓的高低和二極管本身的溫度穩(wěn)定性，選用7.2V穩(wěn)壓管（6.2管更穩(wěn)定，但穩(wěn)壓值不夠高）?？紤]運(yùn)算放大器工作條件，由D1、R1、R2、C1組成的電路設(shè)置基準(zhǔn)電壓U1，為運(yùn)算放大器提供中間值的參考電位，這里設(shè)為5.0V。R6、C2間屬于恒流充、放電方式。</p><p>　　三角

55、波的電壓幅度決定了被除數(shù)調(diào)制音頻信號(hào)的最大幅度，是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。這一電路的元件參數(shù)確定方法是：(1)根據(jù)穩(wěn)壓管供電電流的需要，確定R3參數(shù)；(2)根據(jù)三角波輸出幅值的需要確定R4、R5參數(shù)；(3)根據(jù)三角波頻率確定R6、C5參數(shù)。</p><p>　　三角波的峰值計(jì)算如下：</p><p>　　運(yùn)算放大器NE5532的第5腳、第2腳和第3腳電位被控制在5.0V。當(dāng)IC1B輸出高電位時(shí)

56、，通過(guò)R6向電容C2充電，IC1A輸出端電位下降，形成三角波的下降段。直到最低值U-，此時(shí)必定有</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　若取R4=R5=10k，

57、IC1A輸出端最低電位U-為2.8V。此電位值在運(yùn)算放大器輸出最低電位1.3V以上，屬于運(yùn)算放大器的線(xiàn)性范圍之內(nèi)。</p><p>　　此后情況發(fā)生逆轉(zhuǎn)，IC1B輸出低電位，通過(guò)R6向電容C2反充電，IC1A輸出端電位上升，形成三角波的上升段。直到最高值U+，此時(shí)必定有（設(shè)運(yùn)算放大器輸出低電位為0V）</p><p><b>　　(3-3)</b></p>

58、<p><b>　　即</b></p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　若取R3=2k，IC1A輸出端最低電位U+為8.1V。此電位值在運(yùn)算放大器輸出最高電位以下，也屬于運(yùn)算放大器的線(xiàn)性范圍之內(nèi)。</p><p>　　三角波的峰-峰值為8.1V-2.8V=5.3V。實(shí)際測(cè)量IC1B

59、輸出三角波的動(dòng)態(tài)范圍為2.0V~8.0V。</p><p>　　三角波電壓的一般計(jì)算式：</p><p>　　三角波的頻率計(jì)算如下：</p><p>　　向右的充電電流為（UD-U1）/R6，電容的充電電壓值為（U+-U-）。根據(jù)關(guān)系式Q=UC可以導(dǎo)出充電時(shí)間為</p><p><b>　　(3-5)</b></p

60、><p><b>　　即</b></p><p>　　向左的充電電流約為U1/（ R3+ R6），反充電時(shí)間為1。</p><p><b>　　（3-6）</b></p><p>　　三角波周期為。若要使三角波頻率達(dá)到50kHz，取R3=2kΩ，C2=1000P，則R6=5.2kΩ。實(shí)際R6取為5.1

61、kΩ，實(shí)測(cè)頻率為39kHz。頻率遠(yuǎn)比理論值低，并非元件誤差引起，而是運(yùn)算放大器NE5532電壓翻轉(zhuǎn)的滯后效應(yīng)造成振蕩周期變大。每半周期滯后2μs。三角波的頂角呈現(xiàn)弧形是方波輸出中的電壓變化率不夠快所至。</p><p>　　3.3.2 SPWM調(diào)制電路</p><p>　　SPWM調(diào)制電路用一個(gè)電壓比較器就可以實(shí)現(xiàn)，如圖3.12所示。當(dāng)電壓比較器同相端輸入三角波電壓信號(hào)，反相端正弦電壓信號(hào)

62、，電壓比較器的輸出就是脈沖寬度隨正弦信號(hào)電壓幅度變化而改變的脈沖調(diào)制信號(hào)。若反相端輸入三角波電壓信號(hào)，同相端正弦電壓信號(hào)也一樣可以SPWM調(diào)制。調(diào)制的線(xiàn)性指標(biāo)取決于三角波的線(xiàn)性度。</p><p>　　圖3.12 SPWM調(diào)制電路及波形圖</p><p>　　3.3.3 SSPWM調(diào)制電路</p><p>　　SSPWM指調(diào)制信號(hào)正負(fù)半周分別進(jìn)行獨(dú)立的正弦脈沖調(diào)制。

63、調(diào)制時(shí)，必須有二個(gè)脈寬調(diào)制器分時(shí)工作，調(diào)制信號(hào)可以共用一路分別輸入兩個(gè)電壓比較器的同相端和反相端，三角波信號(hào)分作二路分別輸入兩個(gè)比較器的另兩個(gè)同相端和反相端，其中一路的三角波平均電壓在基準(zhǔn)電壓以上，另一路的三角波平均電壓在基準(zhǔn)電壓以下。最終輸出兩組單極性寬度可變的脈沖信號(hào)。SSPWM調(diào)制有正極性調(diào)制和負(fù)極性調(diào)制。</p><p>　　正極性調(diào)制：正極性調(diào)制方案是指調(diào)制信號(hào)(正弦波)的電壓增大時(shí)，高電平寬度也隨之增

64、大。按高電平寬度計(jì)算占空比約定，這一種調(diào)制稱(chēng)為正極性調(diào)制方案。理想情況下調(diào)制特點(diǎn)如圖3.13曲線(xiàn)所示。是將輸入至比較器同相端的三角波平均電位置于基準(zhǔn)電位以下，而將輸入至比較器反相端的三角波平均電位置于基準(zhǔn)電位以上。三角波電平低于調(diào)制信號(hào)電平時(shí)，輸出低電平，而三角波電平高于調(diào)制信號(hào)電平時(shí)，輸出高電平。</p><p>　　圖3.13 正極性SSPWM電路及波形圖</p><p>　　上述方案

65、要求三角波的峰點(diǎn)電位與基準(zhǔn)電位相等，但實(shí)際上三角波的峰點(diǎn)電位與基準(zhǔn)電位完全一致幾乎是不可能的。當(dāng)各路基準(zhǔn)電壓設(shè)置不一致時(shí)，會(huì)出現(xiàn)二種情況：相重疊，相分離。</p><p>　　以二路三角波互為反相輸入電壓比較器時(shí)，如圖3.14虛線(xiàn)圈中所示。圖3.14a情況下會(huì)在調(diào)制信號(hào)過(guò)零點(diǎn)同時(shí)輸出兩路同極性的脈沖。圖3.14b情況下會(huì)在調(diào)制信號(hào)過(guò)零點(diǎn)附近均無(wú)脈沖輸出，此時(shí)刻在負(fù)載上送不出信號(hào)電壓，表現(xiàn)為交越失真，重放音樂(lè)時(shí)聽(tīng)不

66、到弱信號(hào)的聲音。</p><p>　　圖3.14調(diào)制電位對(duì)交越失真的影響</p><p>　　若三角波信號(hào)分二路互為同相分別輸入兩個(gè)比較器，一路的三角波電壓在基準(zhǔn)電壓以上，另一路的三角波電壓在基準(zhǔn)電壓以下。當(dāng)各路基準(zhǔn)電壓設(shè)置不一致時(shí)，分別對(duì)應(yīng)相重疊、相分離二種情況，如下圖3.15虛線(xiàn)圈中所示。圖3.15a情況下會(huì)在調(diào)制信號(hào)過(guò)零點(diǎn)輸出兩路同極性脈沖，不影響聲音效果；圖3.15b情況下會(huì)在調(diào)制

67、信號(hào)過(guò)零點(diǎn)附近無(wú)脈沖輸出，些時(shí)刻在負(fù)載上送不出電壓，還是表現(xiàn)為交越失真，重放音樂(lè)時(shí)聽(tīng)不到弱信號(hào)的聲音。</p><p>　　圖3.15 調(diào)制電位對(duì)交越失真的影響</p><p>　　負(fù)極性調(diào)制：另一種設(shè)計(jì)方案是將輸入至比較器反相端的三角波平均電位置于基準(zhǔn)電位以下，而將輸入至比較器同相端的三角波平均電位置于基準(zhǔn)電位以上。造成調(diào)制信號(hào)(正弦波)的電壓增大時(shí)，低電平寬度也隨之增大。按高電平寬度計(jì)

68、算占空比約定，這一種調(diào)制稱(chēng)為負(fù)極性調(diào)制方案。理想情況下調(diào)制特點(diǎn)如圖3.16曲線(xiàn)所示。三角波電平低于調(diào)制信號(hào)電平時(shí)，輸出高電平，而三角波電平高于調(diào)制信號(hào)電平時(shí)，輸出低電平。</p><p>　　圖3.16 負(fù)極性SSPWM電路及波形圖</p><p>　　這種設(shè)計(jì)方案同樣可以輸出調(diào)制信號(hào)，只是極性相反而已。但各路基準(zhǔn)電壓設(shè)置不一致時(shí)，結(jié)果就不一樣了。反相位調(diào)制情況下，當(dāng)三角波峰值電位與基準(zhǔn)電

69、位相重疊時(shí)會(huì)在調(diào)制信號(hào)過(guò)零點(diǎn)同時(shí)輸出低電平（有負(fù)脈沖輸出），如圖3.17a所示，體現(xiàn)為無(wú)交越失真；當(dāng)三角波峰值電位與基準(zhǔn)電位相分離時(shí)，會(huì)在調(diào)制信號(hào)過(guò)零點(diǎn)附近同時(shí)輸出高電平（無(wú)負(fù)脈沖輸出），如圖3.17b所示，體現(xiàn)為有交越失真。</p><p>　　圖3.17 調(diào)制電位對(duì)交越失真影響</p><p>　　同相調(diào)制體現(xiàn)為移相脈沖輸出。當(dāng)三角波峰值電位與基準(zhǔn)電位相重疊時(shí)，會(huì)在調(diào)制信號(hào)過(guò)零點(diǎn)同時(shí)輸

70、出低電平（有負(fù)脈沖輸出），如圖3.18a所示，體現(xiàn)為無(wú)交越失真；當(dāng)三角波峰值電位與基準(zhǔn)電位相分離時(shí)，會(huì)在調(diào)制信號(hào)過(guò)零點(diǎn)附近同時(shí)輸出高電平（無(wú)負(fù)脈沖輸出），如圖3.18b所示，體現(xiàn)為有交越失真。</p><p>　　a參差脈沖輸出,無(wú)交越失真 b有交越失真</p><p>　　圖 3.18 調(diào)制電位對(duì)交越失真的影響</p><p>　　

71、總之，當(dāng)三角波峰值電位與基準(zhǔn)電位相重疊時(shí)，均體現(xiàn)為無(wú)交越失真；當(dāng)基準(zhǔn)電壓相分離時(shí)，均體現(xiàn)為交越失真。為了不失真，各路基準(zhǔn)電壓設(shè)置時(shí)寧可相重疊，不可相分離。為了使激勵(lì)電路輸出的激勵(lì)脈沖相位參差，應(yīng)該采用同相位調(diào)制方式。</p><p>　　3.3.4 SSPWM方案的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　為了采用比較簡(jiǎn)單的激勵(lì)電路，SSPWM波的脈沖功率電路如圖3.19所示結(jié)構(gòu)。電路工作的特點(diǎn)是對(duì)角聯(lián)合

72、激勵(lì)。</p><p>　　圖3.19 SSPWM波的脈沖功率電路</p><p>　　該功率電路采用對(duì)角聯(lián)合激勵(lì)的方式，由兩個(gè)相位差約180°的低電平脈沖進(jìn)行激勵(lì)。當(dāng)脈沖處于高電平時(shí)，關(guān)閉功率場(chǎng)效應(yīng)管；當(dāng)脈沖處于低電平時(shí)，開(kāi)通場(chǎng)效應(yīng)功率對(duì)管。由此確定PWM調(diào)制就是實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)幅度增大時(shí)，對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)低電平寬度增大，即負(fù)極性調(diào)制。</p><p>　　3

73、.3.5 實(shí)現(xiàn)負(fù)極性（低電平脈沖寬度）調(diào)制的電路結(jié)構(gòu)和電瓶關(guān)系</p><p>　　調(diào)制電路電阻參數(shù)的確定：IC1B輸出端的最高電位為6.8V，對(duì)應(yīng)IC4A同相端的最高電位為5.0V，需衰減至73.5%。原三角波的峰-峰值為3.4V，衰減后為2.5V。相應(yīng)的IC4A反相端的最低電位為5.0V-2.5V=2.5V。若取R7=3.6k，則 R20的阻值由實(shí)際狀態(tài)確定，基本原則是輸入至電壓比較器的正弦波最大電壓的幅值小

74、于三角波的峰峰值（2.5V）。如圖3.21所示</p><p>　　圖3.20 電位設(shè)置電路</p><p>　　將調(diào)制信號(hào)（正弦波）疊加在基準(zhǔn)電位上，基準(zhǔn)電位值就是其他電路設(shè)置的參考電壓值（5V）。兩路三角波采用同相位調(diào)制方式。三角波的峰峰值略大于調(diào)制信號(hào)的峰值，保證脈沖信號(hào)占空比小于100%。如圖3.21，三角波2從同相端輸入，正弦波從反相端輸入，負(fù)責(zé)正弦波的正半周的調(diào)制。三角波的平均

75、電位高于正弦波的平均電位（基準(zhǔn)電位）。三角波1從反相端輸入，正弦波從同相端輸入，負(fù)責(zé)正弦波的負(fù)半周的調(diào)制。三角波的平均電位低于正弦波的平均電位。在三路信號(hào)的平均電位中，固定一個(gè)，粗調(diào)一個(gè)，連續(xù)調(diào)整一個(gè)。在三路信號(hào)的幅值中，固定另外兩個(gè)三角波信號(hào)，粗調(diào)正弦波信號(hào)，如表3.1所示。</p><p>　　表3-1 三角波調(diào)整原則表</p><p>　　圖3.21 調(diào)制電位對(duì)交越失真的影響<

76、/p><p>　　三角波經(jīng)過(guò)分壓后，一路直接送至IC4A的反相輸入端。另一路通過(guò)IC3B跟隨后，送至IC4B的同相輸入端。這一路的靜態(tài)電位可以獨(dú)立調(diào)整，設(shè)置IC3B的目的也就是為了引入電位調(diào)整功能，將R15和RW2分壓后獲得的電壓輸入IC3B反相輸入端，改變輸出端的電位，且不影響三角波信號(hào)的幅值。R13與R14的阻值配合決定了對(duì)同相端輸入的信號(hào)放大至2倍，為此，將送入IC3B同相端的三角波信號(hào)經(jīng)過(guò)R10和R12衰減至

77、一半，保證二路輸入電壓比較器的三角波電壓幅值相等。</p><p>　　3.4 音頻前置放大電路</p><p>　　前置放大電路是在功率放大器之前加入的一級(jí)放大電路。其目的是是對(duì)輸入功率放大器的各種信號(hào)源進(jìn)行加工處理，使其和功率放大器的輸入靈敏度相匹配。對(duì)其要保證低噪聲、高信噪比、高轉(zhuǎn)換率、輸出電阻要小及頻帶要寬等要求。</p><p>　　當(dāng)輸入音頻信號(hào)幅度較小

78、時(shí)，需要先進(jìn)行放大。實(shí)現(xiàn)這一功能的電路稱(chēng)為前置放大電路。前置放大器輸出的最大音頻信號(hào)峰值不得超過(guò)2.5V，否則會(huì)出現(xiàn)峰值切割失真。正常情況下，音頻信號(hào)的峰值為0.25V。因此，放大器的增益不必過(guò)高。以MIC作為聲源輸入，電壓增益可以設(shè)為100倍；以線(xiàn)路輸入為標(biāo)準(zhǔn)，電壓增益可以設(shè)為10倍。如圖3.22所示。</p><p><b>　　電壓的增益：</b></p><p&g

79、t;　　AV=-R1/R2 （3-7）</p><p>　　=100/10=10</p><p>　　圖3.22 音頻前置放大電路</p><p>　　3.5 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源都使用220伏市電作為電源，經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波后輸送給穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，

80、最終成為穩(wěn)定的直流電源。這個(gè)過(guò)程中的變壓、整流、濾波等電路可以看作直流穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)電路，沒(méi)有這些電路對(duì)市電的前期處理，穩(wěn)壓電路將無(wú)法正常工作。</p><p>　　本設(shè)計(jì)需要自行設(shè)計(jì)一個(gè)直流穩(wěn)壓電源。結(jié)合設(shè)計(jì)的實(shí)際情況與計(jì)算設(shè)計(jì)出一個(gè)18V的直流穩(wěn)壓電源。電源由變壓電路、整流電路、濾波電路、三端固定輸出集成穩(wěn)壓器應(yīng)用電路組成。</p><p><b>　　3.5.1變壓電路&l

81、t;/b></p><p>　　通常直流穩(wěn)壓電源使用電源變壓器來(lái)改變輸入到后級(jí)電路的電壓。電源變壓器由初級(jí)繞線(xiàn)組、次級(jí)繞線(xiàn)組和鐵芯組成。初級(jí)繞線(xiàn)組用來(lái)輸入電源交流電壓，次級(jí)繞線(xiàn)組輸出所需要的交流電壓。簡(jiǎn)單的說(shuō)，電源變壓器是一種電→磁→電轉(zhuǎn)換器件。即初級(jí)的交流電轉(zhuǎn)化成鐵芯的閉合交變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)切割次級(jí)線(xiàn)圈產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)。次級(jí)接上負(fù)載時(shí)，電路閉合，次級(jí)電路有交變電流通過(guò)。變壓器的電路圖符號(hào)見(jiàn)圖3.23。&

82、lt;/p><p>　　圖3.23 變壓器電路圖符號(hào) </p><p>　　3.5.2 整流電路</p><p>　　由于全波整流電路需要特制的變壓器，制作起來(lái)比較麻煩，于是出現(xiàn)了一種橋式整流電路。這種整流電路使用普通的變壓器，但是比全波整流多用了兩個(gè)整流二極管。由于四個(gè)整流二極管連接成電橋形式，所以稱(chēng)這種整流電路為橋式整流電路。如圖3.24所示。</p>

83、<p>　　圖3.24 橋式整流電路</p><p>　　3.5.3 濾波電路</p><p>　　交流電經(jīng)過(guò)整流后得到的是脈動(dòng)直流，這樣的直流電源由于所含交流紋波很大，不能直接用作電子電路的電源。濾波電路可以大大降低這種交流紋波成份，讓整流后的電壓波形變得比較平滑。</p><p>　　電容濾波電路圖3.25，電容濾波電路是利用電容的充放電原理達(dá)到濾波

84、的作用。在脈動(dòng)直流波形的上升段，電容C1充電，由于充電時(shí)間常數(shù)很小，所以充電速度很快；在脈動(dòng)直流波形的下降段，電容C1放電，由于放電時(shí)間常數(shù)很大，所以放電速度很慢。在C1還沒(méi)有完全放電時(shí)再次開(kāi)始進(jìn)行充電。這樣通過(guò)電容C1的反復(fù)充放電實(shí)現(xiàn)了濾波作用。濾波電容C1兩端的電壓波形。</p><p>　　圖3.25 電容濾波電路</p><p>　　3.5.4 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器應(yīng)用電路<

85、;/p><p>　　lm317是可調(diào)節(jié)3端正電壓穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍1.2伏到37伏時(shí)能夠提供超過(guò)1.5安的電流，此穩(wěn)壓器非常易于使用。 </p><p>　　lm317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo＝1.25V—37V，所以R2/R1的比值范圍只能是0—28.6。一般情況lm317穩(wěn)壓塊都有一個(gè)最小穩(wěn)定工作電流，也稱(chēng)為最小輸出電流或者最小泄放電流。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為1.5mA。lm

86、317穩(wěn)壓塊根據(jù)的生產(chǎn)廠(chǎng)家的不同、型號(hào)的不同，其最小穩(wěn)定工作電流也不一樣，但一般情況下都不大于5mA。當(dāng)lm317穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)，lm317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。當(dāng)lm317穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)，lm317穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。在用lm317穩(wěn)壓塊制作穩(wěn)壓電源時(shí)，特別需要注意lm317穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流，否則制作出的穩(wěn)壓電源可能會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大的

87、現(xiàn)象。 </p><p>　　在制作中，為了電路能夠穩(wěn)定的工作，還需要接一個(gè)二極管作為保護(hù)電路，防止電路中的電容放電時(shí)的高壓把lm317燒壞。</p><p>　　3.5.5 電源總原理圖</p><p>　　根據(jù)給定條件確定具體的參數(shù)：</p><p>　　(1)穩(wěn)壓部分:根據(jù)所要求的U 和Iomax 值，選擇三端穩(wěn)壓器lm317。lm31

88、7 保持輸出與調(diào)節(jié)端之間的1.25V的標(biāo)稱(chēng)參考電壓(Vref)，輸出電壓使用兩個(gè)電阻R1和R2來(lái)設(shè)置。輸出電壓可由公式計(jì)算：</p><p>　　Vout=Vref+(1+R2/R1)+C2R2 (3-8)</p><p>　　接入穩(wěn)壓輸出電壓0.1μF 輸入旁路電容C1可以減小輸入電源阻抗

89、的敏感性。接入25μF 鋁電解輸出電容C4的目的是改進(jìn)瞬態(tài)響應(yīng)。接入10μF電容C2 可以防止輸出電壓增大時(shí)波形被放大。使用二極管D2 用來(lái)防止輸入短路時(shí)電容C4通過(guò)集電極放電，使用二極管D3用來(lái) 防止輸出短路時(shí)C2 通過(guò)集電極放電。</p><p>　?。?）降壓部分：電源變壓器選用原邊功率約為80W、次級(jí)電壓約為36V的電源變壓器。</p><p>　?。?）整流濾波部分:整流橋選用3

90、A、100V的整流橋堆，濾波電容選用2200 μF/50V 的電解電容器。</p><p>　?。?）電源開(kāi)關(guān)選用觸頭負(fù)荷為250V，5A 的開(kāi)關(guān)。</p><p><b>　　總的電路圖如下：</b></p><p>　　圖3.26 直流穩(wěn)壓電源電路圖</p><p>　　3.5.6 對(duì)穩(wěn)壓電源的仿真</p>

91、;<p>　　在設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足要求的直流穩(wěn)壓電源后，需要對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行仿真，看能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所以使用了multism軟件進(jìn)行仿真。Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。仿真結(jié)

92、果如圖3.27所示。</p><p>　　圖3.27 電源電路仿真結(jié)果圖</p><p>　　經(jīng)過(guò)繪圖以后，在multism中使用模擬萬(wàn)用表進(jìn)行了仿真測(cè)試。從仿真結(jié)果來(lái)看，結(jié)果基本達(dá)到了18V的預(yù)期目標(biāo)。</p><p><b>　　3.6 總原理圖</b></p><p>　　系統(tǒng)電路圖如圖3.28所示：</p&

93、gt;<p>　　圖3.28 系統(tǒng)總電路圖</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　我設(shè)計(jì)的音頻功率放大器已經(jīng)完成了設(shè)計(jì)，其各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)基本符合設(shè)計(jì)要求。這次所做的音頻功率放大器的設(shè)計(jì)，我個(gè)人認(rèn)為是基本成功的。首先，基本按要求完成了電路原理圖的設(shè)計(jì)，選用了合理的方案有效地的增加了功放電路的優(yōu)點(diǎn)，也解決了幾個(gè)不足的地方；其次，電路圖的

94、整體布局能達(dá)到合理與美觀。這次通過(guò)我自己獨(dú)立設(shè)計(jì)電路，不緊加深鞏固了模電基礎(chǔ)知識(shí)，也學(xué)到了許多課本上沒(méi)有的知識(shí)。 </p><p>　　設(shè)計(jì)中，我在很快的掌握一些放大器工作原理的基礎(chǔ)上，通過(guò)查閱資料及實(shí)驗(yàn)，提出了切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)D類(lèi)功放的原理，設(shè)計(jì)出了由穩(wěn)壓電源、三角波產(chǎn)生電路、PMW調(diào)制電路、前置放大電路和低通濾波電路組成的音頻功率放大器。最后還對(duì)直流穩(wěn)壓電源部分使用multism進(jìn)行仿真，得

95、出的結(jié)果基本能符合設(shè)計(jì)的要求。最后根據(jù)各部分繪出了總的電路原理圖。最后看到自己的設(shè)計(jì)成果，感到無(wú)比的自豪。</p><p>　　在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我走也過(guò)許多的彎路，但這又使我從中積累了許多經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)。正是這些經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)使我對(duì)D類(lèi)功放的工作原理有了更深的理解，對(duì)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)有了更深的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也對(duì)模電的基礎(chǔ)知識(shí)得到了有效地鞏固與學(xué)習(xí)。除了在專(zhuān)業(yè)知識(shí)方面的提高，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)更使我獨(dú)立思考以及解決問(wèn)題的能力的

96、到很大的鍛煉，全面提高了我的綜合能力。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]</b></p><p>　　[1] 樊建成．波功率放大器非線(xiàn)性分析[J]．微波與衛(wèi)星通信，1995（3），43~47．</p><p>　　[2] 廖四起，丁奐吾．低頻功率放大器的設(shè)計(jì)[J]．雷達(dá)與對(duì)抗，1992（1），35~40．</p><

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